RU2191218C2 - Способ получения защитного покрытия на изделии из жаростойкого жаропрочного сплава - Google Patents
Способ получения защитного покрытия на изделии из жаростойкого жаропрочного сплава Download PDFInfo
- Publication number
- RU2191218C2 RU2191218C2 RU2000127443A RU2000127443A RU2191218C2 RU 2191218 C2 RU2191218 C2 RU 2191218C2 RU 2000127443 A RU2000127443 A RU 2000127443A RU 2000127443 A RU2000127443 A RU 2000127443A RU 2191218 C2 RU2191218 C2 RU 2191218C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- heat
- laser
- laser beam
- resistant
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 title claims description 3
- 229910000753 refractory alloy Inorganic materials 0.000 title 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 21
- 229910002061 Ni-Cr-Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000013532 laser treatment Methods 0.000 claims description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 5
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 4
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 abstract description 2
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 abstract 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 3
- 229910003310 Ni-Al Inorganic materials 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910001026 inconel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 refractory ones Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом газотурбиностроении для защиты деталей ГТД и ГТУ (форсунок, жаровых труб и т.п.) от высокотемпературного окисления и коррозии. Способ включает подготовку поверхности изделия к нанесению покрытия, плазменное нанесение покрытия из порошкового сплава системы Ni-Cr-Al, обработку покрытия непрерывным лазерным лучом со средней плотностью мощности 250-350 кВт/см2 и средней плотностью энергии 0,8-1,3 кДж/см2. В качестве источника лазерного излучения используют СО3-лазер, лазер на алюмоиттриевом гранате (АИГ) и т. п.; лазерную обработку можно проводить на воздухе, без создания специальной атмосферы. Применение предлагаемого способа позволит получить более качественные покрытия на изделиях, в частности на форсунках и жаровых трубах, обладающие высокой адгезией и износостойкостью, что обеспечивает повышение ресурса и надежности изделий. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в авиационном и энергетическом газотурбиностроении для защиты деталей ГТД и ГТУ (форсунок, жаровых труб и т.п.) от высокотемпературного окисления и коррозии.
Известен способ получения защитных покрытий системы Ni-Al путем лазерного оплавления нанесенного на алюминиевую подложку порошка никеля, смешанного с элементами, улучшающими смачиваемость (такими как В, Si или Ge). При этом смесью порошков заполняется выполненный в алюминиевой подложке паз, после чего производится лазерное оплавление. В результате на подложке образуется оплавленный слой, содержащий Ni и Аl, составляющий с подложкой единое целое и не поддающийся отслаиванию длительное время [1].
Существенным недостатком этого способа является необходимость применения алюминиевой подложки, что делает его неприемлемым для получения покрытий системы Ni-Al на поверхности жаростойкого жаропрочного сплава.
Известен способ плакирования металлов путем нанесения коррозионностойкого металла, такого как Сr, Мо, на основу из сплава никеля (инконель) с последующими окислением в реакционной камере с кислородсодержащей атмосферой и лазерным оплавлением полученной на поверхности защищаемого металла окисленной пленки. В результате перечисленных операций на поверхности защищаемого металла образуется пленка оксида, препятствующая коррозии подложки [2].
Недостаток этого способа состоит в том, что полученная оксидная пленка не обеспечивает защиты металла подложки от высокотемпературного окисления и коррозии.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является широко применяемый в промышленности способ плазменного напыления жаростойких покрытий из порошковых сплавов [3]. Согласно этому способу на подготовленную поверхность изделия с помощью сформированной соплом плазменной горелки струи ионизованного газа наносится нагреваемый этой же струей до температуры плавления порошковый сплав системы Ni-Cr-Al, образуя на поверхности изделия (подложки) жаростойкое покрытие.
Этот способ обладает рядом важных достоинств: высокая температура плазменной струи и возможность регулирования ее температуры и скорости путем выбора формы и диаметра сопла и режима напыления позволяют напылять широкую гамму материалов, в том числе тугоплавкие, сплавы системы Ni-Cr-Al и т.д., на детали различных форм и размеров.
Недостатком данного способа является то, что полученные на поверхности жаростойких жаропрочных сплавов жаростойкие покрытия системы Ni-Cr-Al характеризуются неоднородной (слоистой) структурой, заметной (до 20%) пористостью, в том числе открытой, а также недостаточно высокой адгезией к указанным сплавам (не более 300...330 кГ/см2).
Технической задачей данного изобретения является создание способа, позволяющего получать жаростойкие покрытия из порошковых сплавов системы Ni-Cr-Al однородной микроструктуры, с небольшой пористостью и повышенной адгезией к изделиям из жаростойких жаропрочных сплавов.
Поставленная цель достигается тем, что на предварительно подготовленную (отпескоструенную) поверхность изделия из жаростойкого жаропрочного сплава плазменным способом наносится жаростойкое покрытие из порошкового сплава системы Ni-Cr-Al, а затем производится обработка покрытия непрерывным лазерным лучом со средней плотностью мощности 250...350 кВт/см2 и средней плотностью энергии 0,8...1,3 кДж/см2. Операция лазерной обработки не требует вакуумирования изделия или создания у обрабатываемой поверхности специальной газовой среды и может проводиться при нормальных атмосферных условиях. В качестве источника лазерного излучения могут использоваться непрерывные СO2-лазеры, непрерывные лазеры на алюмоиттриевом гранате с неодимом (АИГ).
Введение операции лазерной обработки за счет нагрева и плавления покрытия по всей толщине способствует прохождению в нем структурных изменений, а именно преобразованию исходной слоистой микроструктуры покрытия в плотную мелкозернистую с невысокой закрытой пористостью и полным отсутствием открытой пористости. В результате активных диффузионных процессов между покрытием и металлом защищаемой подложки образуется хорошая металлургическая связь, что увеличивает адгезию покрытия к подложке. При этом изменений микроструктуры металла подложки после лазерной обработки не обнаружено.
Сущность изобретения поясняется на примерах.
Пример 1. Для получения жаростойкого покрытия на подложке из сплава ВЖ159 подложку предварительно обрабатывают. На подготовленную поверхность с помощью установки УПУ-3Д плазменным способом наносят слой толщиной δ=65 мкм из порошкового сплава системы Ni-Cr-Al. Нанесенный плазменным способом слой подвергают обработке лучом непрерывного СO2- лазера при средней плотности мощности q=250 кВт/см2 и средней плотности энергии W=0,8 кДж/см2. В результате лазерной обработки исходная слоистая микроструктура покрытия, образованная расплющенными в линзы деформированными каплями расплава с тонкими слоями окислов по границам капель расплава, преобразована в плотную мелкозернистую микроструктуру (слоистость полностью исчезла); между покрытием и металлом подложки образовалась хорошая металлургическая связь; изменений микроструктуры сплава ВЖ159 не обнаружено. Численные значения параметров пористости и адгезии покрытия до и после лазерной обработки приведены в таблице.
Пример 2. Жаростойкое покрытие на подложке из сплава ЭИ435 получают аналогично примеру 1. Различия состоят в том, что толщина слоя δ=80 мкм, а лазерную обработку проводят при q=300 кВт/см2 и W=1,1 кДж/cм2. В результате лазерной обработки получено плотное мелкозернистое покрытие, имеющее хорошую металлургическую связь с металлом подложки. Изменений микроструктуры сплава ЭИ435 после лазерной обработки не обнаружено. Численные значения параметров пористости и адгезии покрытия после лазерной обработки приведены в таблице 1.
Пример 3. Жаростойкое покрытие на подложке из сплава ЭП648 получают аналогично примерам 1 и 2. Различия состоят в том, что толщина слоя δ=100 мкм, а лазерную обработку проводят при q=350 кВт/см2 и W=1,3 кДж/cм2. Как в примерах 1 и 2, в результате лазерной обработки получено покрытие плотной мелкозернистой микроструктуры с хорошей металлургической связью между покрытием и металлом подложки. Изменений микроструктуры сплава ЭП648 после лазерной обработки не обнаружено. Величины параметров пористости и адгезии покрытия после лазерной обработки приведены в таблице.
Как видно из приведенных примеров, применение изобретения позволяет улучшить однородность микроструктуры, существенно (в 18...20 раз) уменьшить пористость, полностью исключить открытую пористость и до 30% повысить адгезию жаростойких покрытий системы Ni-Cr-Al для защиты жаростойких жаропрочных сплавов.
Таким образом, применение предлагаемого способа позволит получить более качественные покрытия на изделиях, в частности на форсунках и жаровых трубах, обладающие высокой адгезией и износостойкостью, что обеспечивает повышение ресурса и надежности изделий.
Источники информации
1. Заявка Японии 2769338, МКИ С 23 С 26/00.
1. Заявка Японии 2769338, МКИ С 23 С 26/00.
2. Заявка Японии 2788246, МКИ С 23 С 28/00.
3. Хасуи А., Моригаки О. "Наплавка и напыление" пер. с японского В.Н.Попова под ред. B.C. Степина, Н.Г.Шестеркина. Москва, Машиностроение, 1985 г., с. 128-165.
Claims (3)
1. Способ получения защитного покрытия на изделии из жаростойкого жаропрочного сплава, включающий подготовку поверхности изделия к нанесению покрытия, плазменное нанесение покрытия из порошкового сплава системы Ni-Cr-Al, отличающийся тем, что после плазменного нанесения покрытия изделие подвергают обработке непрерывным лазерным лучом при средней плотности мощности 250-350 кВт/см2 и средней плотности энергии 0,8-1,3 кДж/см2.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника лазерного излучения используют СО2 - лазер, лазер на АИГ.
3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что лазерную обработку проводят на воздухе.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000127443A RU2191218C2 (ru) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Способ получения защитного покрытия на изделии из жаростойкого жаропрочного сплава |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000127443A RU2191218C2 (ru) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Способ получения защитного покрытия на изделии из жаростойкого жаропрочного сплава |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2191218C2 true RU2191218C2 (ru) | 2002-10-20 |
| RU2000127443A RU2000127443A (ru) | 2002-11-10 |
Family
ID=20241689
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000127443A RU2191218C2 (ru) | 2000-11-02 | 2000-11-02 | Способ получения защитного покрытия на изделии из жаростойкого жаропрочного сплава |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2191218C2 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2275441C2 (ru) * | 2004-06-09 | 2006-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Способ получения покрытий |
| RU2366553C2 (ru) * | 2007-07-09 | 2009-09-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ наплавки поверхности лучом лазера |
| WO2009125284A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Pavel Yurievich Smirnov | Laser-plasma method and system for surface modification |
| RU2635145C1 (ru) * | 2016-09-28 | 2017-11-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ консервации металлов |
| RU2637437C2 (ru) * | 2015-12-21 | 2017-12-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ формирования волокнистого композиционного покрытия |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4585481A (en) * | 1981-08-05 | 1986-04-29 | United Technologies Corporation | Overlays coating for superalloys |
| GB2243161A (en) * | 1990-04-17 | 1991-10-23 | Gen Electric | Coating systems for titanium oxidation protection |
| RU2044103C1 (ru) * | 1988-10-31 | 1995-09-20 | Научно-Производственное Объединение По Исследованию И Проектированию Энергетического Оборудования Им.И.И.Ползунова | Состав защитного покрытия для лопаток газовых турбин |
| WO1999023270A1 (de) * | 1997-11-03 | 1999-05-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Erzeugnis mit einem schichtsystem zum schutz gegen ein heisses aggressives gas |
| RU2146988C1 (ru) * | 1998-07-21 | 2000-03-27 | ОАО "Пермский моторный завод" | Способ сварки или наплавки жаропрочных высоколегированных сплавов |
-
2000
- 2000-11-02 RU RU2000127443A patent/RU2191218C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4585481A (en) * | 1981-08-05 | 1986-04-29 | United Technologies Corporation | Overlays coating for superalloys |
| RU2044103C1 (ru) * | 1988-10-31 | 1995-09-20 | Научно-Производственное Объединение По Исследованию И Проектированию Энергетического Оборудования Им.И.И.Ползунова | Состав защитного покрытия для лопаток газовых турбин |
| GB2243161A (en) * | 1990-04-17 | 1991-10-23 | Gen Electric | Coating systems for titanium oxidation protection |
| WO1999023270A1 (de) * | 1997-11-03 | 1999-05-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Erzeugnis mit einem schichtsystem zum schutz gegen ein heisses aggressives gas |
| RU2146988C1 (ru) * | 1998-07-21 | 2000-03-27 | ОАО "Пермский моторный завод" | Способ сварки или наплавки жаропрочных высоколегированных сплавов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ХАСУЙ А., МОРИГАКИ О. Наплавка и напыление. - М.: Машиностроение, 1985, с. 128-165. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2275441C2 (ru) * | 2004-06-09 | 2006-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный технический университет (СГТУ) | Способ получения покрытий |
| RU2366553C2 (ru) * | 2007-07-09 | 2009-09-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | Способ наплавки поверхности лучом лазера |
| WO2009125284A1 (en) * | 2008-04-09 | 2009-10-15 | Pavel Yurievich Smirnov | Laser-plasma method and system for surface modification |
| RU2637437C2 (ru) * | 2015-12-21 | 2017-12-04 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" | Способ формирования волокнистого композиционного покрытия |
| RU2635145C1 (ru) * | 2016-09-28 | 2017-11-09 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Способ консервации металлов |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105431624B (zh) | 产生内燃机中使用的活塞的氧化保护层的方法和具有氧化保护层的活塞 | |
| US4808487A (en) | Protection layer | |
| Pawlowski | Thick laser coatings: A review | |
| JP4399272B2 (ja) | プラズマ・スプレー方法 | |
| US6491985B2 (en) | Method for enhancing the surface of a metal substrate | |
| US7494723B2 (en) | Y2O3 spray-coated member and production method thereof | |
| US6221175B1 (en) | Method for the production of a ceramic layer on a metallic base material | |
| US20080085368A1 (en) | Method and Apparatus for Coating a Substrate | |
| US20120231211A1 (en) | Method for the manufacture of a thermal barrier coating structure | |
| EP0304176B1 (en) | Refractory metal composite coated article | |
| JP2001152310A (ja) | 遮熱皮膜で被覆された金属基材の耐酸化性を改善する方法 | |
| US4451496A (en) | Coating with overlay metallic-cermet alloy systems | |
| JP2012082519A (ja) | 熱遮蔽被覆構造体を製造する方法 | |
| RU2191218C2 (ru) | Способ получения защитного покрытия на изделии из жаростойкого жаропрочного сплава | |
| WO2007023971A1 (ja) | 熱放射特性等に優れる溶射皮膜被覆部材およびその製造方法 | |
| GB2100621A (en) | Strain tolerant thermal barrier coatings | |
| US20110229665A1 (en) | Thermal spray coating for track roller frame | |
| WO2015167783A1 (en) | Laser glazing using hollow objects for shrinkage compliance | |
| US6083330A (en) | Process for forming a coating on a substrate using a stepped heat treatment | |
| US20080057214A1 (en) | Process For Obtaining Protective Coatings Against High Temperature Oxidation | |
| US3941899A (en) | Method of coating electrodes | |
| JPS61113755A (ja) | 高耐蝕・耐熱性セラミツク溶射被膜形成金属材の製造方法 | |
| US7144602B2 (en) | Process for obtaining a flexible/adaptive thermal barrier | |
| JPS6349744B2 (ru) | ||
| CN110184557A (zh) | 一种激光复合热喷涂系统和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121103 |